在 C++ 中使用位运算符还是使用 if 语句更快？

Question

我在某处读到，在可能的情况下使用按位运算符而不是 if 语句会更快。我正在从事一个图像处理项目，我有多种方法可以对像素进行数学运算。例如，当我添加一个像素时，我会检查并确保总和没有超过最大值。我改成了这个...

    Pixel16 operator+(Pixel16 p) const noexcept
    {
        uint_fast32_t r = red + p.red;
        uint_fast32_t g = green + p.green;
        uint_fast32_t b = blue + p.blue;
        return Pixel16(r | -(r > 0xffff), g | -(g > 0xffff), b | -(b > 0xffff));
    }

你们认为它比写语句更快...

if(r > 0xffff)
 r = 0xffff;

仅供参考，红色、绿色和蓝色是 uint16_t

类型的成员变量

Answer 1

在几乎所有情况下，"faster" 将在很大程度上取决于目标系统和使用的编译器，以及运算符的重载方式。不过，在这种情况下，我严重怀疑会有那么大的不同，因为您仍在使用比较运算符，这应该是比简单的 if 分支更昂贵的操作。

不过，上面列出的代码让我很困扰。否定比较运算的结果（布尔值 运算，除非您已经覆盖运算符）对于按位或像您正在做的那样是不安全的。此外，它很难理解，这意味着以后有人很难维护。不过，if 版本解释了发生了什么。

Answer 2

要知道，您必须测量（剖析代码）。

为什么按位运算可能更快的理论是分支预测失败可能会严重影响性能。通过使用按位运算而不是控制流开关，您可以完全避免条件分支，因此您永远不会错过那里的分支预测。

根据具体情况，计算而不是分支可能对缓存更友好。

但除非您进行测量，否则您不会知道实际效果。影响因素太多，无法简单分析代码。

Answer 3

鉴于此代码：

#include <algorithm>
#include <cstdint>

struct Pixel16 {
    uint16_t red;
    uint16_t blue;
    uint16_t green;

    Pixel16(uint16_t red, uint16_t green, uint16_t blue);

};

Pixel16 v1(Pixel16 const & p, Pixel16 const & s) {
    uint_fast32_t r = p.red   + s.red;
    uint_fast32_t g = p.green + s.green;
    uint_fast32_t b = p.blue  + s.blue;
    return Pixel16(r | -(r > 0xffff), g | -(g > 0xffff), b | -(b > 0xffff));
}

Pixel16 v2(Pixel16 const & p, Pixel16 const & s) {
    uint_fast32_t r = p.red   + s.red;
    uint_fast32_t g = p.green + s.green;
    uint_fast32_t b = p.blue  + s.blue;

    r = std::min(r, (uint_fast32_t) 0xFFFF);
    g = std::min(g, (uint_fast32_t) 0xFFFF);
    b = std::min(b, (uint_fast32_t) 0xFFFF);

    return Pixel16(r, g, b);
}

我的编译器给出了什么结果？

Clang on OS X 将为 v1 和 v2 生成功能相同的代码。唯一的区别是对 min() 的调用顺序和 v1 中的等效工作以不同的顺序发生。

在这两种情况下，都没有分支。

总结：

写出最容易理解的代码。使用函数和语言特性以可读的方式表达您的代码。您的按位代码比 min() 函数更易读还是更差？

在 C++ 中使用位运算符还是使用 if 语句更快？

Is it faster to use bit operators or if statements in C++?

c++

performance

bitwise-operators

鉴于此代码：

我的编译器给出了什么结果？

总结：